浅埋双侧偏压小净距隧道衬砌荷载及其参数敏感性分析

为了研究浅埋双侧偏压小净距隧道开挖的破坏模式及衬砌荷载分布规律,通过现场调研和数值模拟的方法对4种典型计算模型进行分析,分别获得了该类型隧道先行洞开挖和双洞开挖后隧道的破坏模式。然后针对该类型隧道的破坏特点,在基本假定的基础上建立了浅埋双侧偏压小净距围岩压力计算的力学模型,并结合公路隧道设计规范中有关成果,推导出能够考虑隧道左、右洞先后施工过程的隧道围岩压力计算理论。此外,通过数值模拟的方法对该类型隧道的围岩压力计算参数进行敏感性分析,获得了各计算参数对该类型隧道围岩压力的敏感性影响规律。     

浅埋偏压小净距隧道围岩压力分布与围岩控制

根据浅埋偏压小净距隧道受力特点,研究推导了考虑施工工序及地形坡度的浅埋偏压小净距隧道围岩压力计算公式。分析了考虑不同地形坡度及同一坡度不同埋深2种工况下地形坡度及埋深对围岩破裂范围、水平侧应力、拱顶压力的影响规律,并指出了浅埋偏压小净距隧道围岩压力在考虑地形坡度下与水平地表下分布规律的差异,建立了3DEC数值模型以对上述理论规律进行验证,结果表明,数值分析规律与理论推导计算规律相吻合。将理论计算公式应用于马嘴隧道出口浅埋段隧道稳定性计算,由计算所得围岩稳定性系数及现场隧道变形监测结果提出隧道围岩及地表稳定性处理措施。     

纤维混凝土隧道衬砌地震动力响应特性的振动台试验研究

 为研究纤维混凝土隧道衬砌在地震动力作用下的动响应特性,对普通混凝土隧道衬砌与纤维混凝土隧道衬砌开展大型振动台模型试验,分析隧道衬砌的震害特征、地震动应变、结构内力和应变基线响应规律。试验结果表明：水平地震荷载及地层压力共同作用下,2种隧道衬砌均为仰拱最先开裂,其次为拱腰开裂,衬砌结构破坏模式主要为开裂、掉块和裂缝两侧挤压破坏;素混凝土隧道衬砌出现开裂破坏早,裂缝易贯通,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移大;纤维混凝土隧道衬砌出现开裂破坏晚,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移小,裂缝呈挤压破坏状;纤维延缓衬砌结构裂缝的产生和阻碍裂缝的扩展;地震波加速度峰值从0.1 g增大到1.0 g时,素混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度显著增大,而纤维混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度先在一定范围内缓慢增长然后迅速增大,但最终2种衬砌动应变极值和裂缝宽度大致相等,说明纤维混凝土隧道衬砌在一定地震荷载范围内可以有效避免开裂和减小裂缝宽度;纤维混凝土隧道衬砌压缩变形率较小,当输入地震波加速度峰值为0.1 g和0.4 g时,纤维混凝土隧道衬砌结构动弯矩极值较低,受力更均衡,能有效地抵御地震荷载。     

山西某地浅埋偏压小净距黄土隧道工程的稳定性分析

施工技术、质量控制以及工程造价会受到隧道选址的地质条件影响,特别是浅埋偏压小净距黄土隧道工程,容易在施工阶段出现工程事故,造成人财物的损失,因此对于该类研究是十分必要的。选取山西某地浅埋偏压小净距黄土隧道工程,通过依托实际现场实测数据的整理分析,得出工程隧道围岩稳定的变形量影响因素。     

隧道洞口含软弱夹层仰坡振动台试验研究

为研究地震作用下含软弱夹层隧道洞口仰坡的动力响应特性,针对含软弱夹层隧道洞口仰坡开展大型振动台试验研究,通过分析水平和竖向激振作用下洞口段仰坡和衬砌模型动力响应和破坏特征,得到以下结论:水平向激振作用下,仰坡沿坡面向上存在明显加速度放大效应,软弱夹层对竖向加速度激振时仰坡动力响应有显著影响;越接近临坡面,衬砌结构加速度响应和越大,并且洞口段隧道衬砌拱顶加速度峰值最大,仰拱最小,衬砌结构受力状态复杂;竖向加速度激振时,软弱夹层上覆模型土出现松动,坡脚土体出现挤压、掉块,仰坡整体上保持稳定;在水平向激振作用下,而含软弱夹层仰坡则在坡脚土体先被挤压破碎,然后坡顶表面沿软弱夹层位置出现张拉裂缝,上覆土体沿软弱夹层滑动,最后土体大规模崩塌、滑落。竖向和水平激振力作用下,衬砌45°方向应变幅值最大,衬砌洞口段设防长度为25 m。该研究成果可以为山岭隧道洞口段边坡抗减震研究和设计提供参考。     

地震作用下立体交叉下穿隧道动力响应振动台试验研究

随着国家路网的不断建设与规划,大量铁路隧道或公路隧道近接平行、交叉等工程现象不断涌现,受地形、地质条件以及线路走向等因素的限制,隧道近接交叉的工程问题越来越复杂。以立体交叉草莓沟1#隧道和盘道岭隧道为例,着重选取盘道岭隧道(下穿隧道)为研究对象进行振动台试验,重点分析受上跨隧道影响,超小净间距小角度立体交叉下穿隧道拱顶、仰拱断面的加速度和应变动力响应特征。在此基础上,以该场区沿线地震动峰值加速度0.15 g加载工况为依据,对环向最大地震应变规律进行分析,根据有效频率加速度计的范围和输入的功率谱振幅,利用SPECTE反应谱分析程序,对交叉中心拱顶和仰拱位置的加速度反应谱的分布规律进行对比分析和研究。试验结果表明:(1)受立体交叉隧道空间位置影响,超小净间距小角度立体交叉下穿隧道拱顶加速度时程和频谱较仰拱整体响应大,受振有效持续时间较长,空间分布表现为拱顶幅值反响突出的特点。(2)拱顶峰值加速度响应具有叠加效应,其加速度峰值比率表现为明显的非线性、非平稳性增大的特点,地震烈度越高,应变响应越大,拱顶破坏模式表现为交叉段–河侧–山侧的传递演化形式。(3)随着输入地震波增强,隧道仰拱动应变和加速度峰值比率增长变化表现出局部变化性质。(4)隧道围岩对地震波的高频段存在滤波作用,对隧道结构影响较大卓越主频段集中在1~10和11~20 Hz两个低频段,主频段卓越频率的取值为5,12.5 Hz。(5)不同地震烈度时,各特征点处应变峰值大小依次为:拱顶>仰拱>河侧拱腰>山侧拱腰,加速度响应的卓越频率与速度、位移响应三者之间受基频和阻尼影响,从而产生时间和空间等的差异变化,宜鼓励设计过程中提高该隧道的阻尼结构性能,阻尼比建议值取为20%。研究结果可为立体交叉隧道的抗震设计提供一定的理论指导。     

铁路隧道地震动力响应数值分析

基于某铁路隧道工程实例,运用有限元软件对其横断面采用二维平面应变模型进行模拟,模型采用粘弹性动力人工边界,引入水平和竖直地震波加速度激振,以数值模拟的方法分析了地震工况下隧道的稳定性及动应力、位移、应变变化规律。     

浅埋偏压小净距隧道的力学特性及方案比选研究

浅埋偏压小净距隧道的围岩位移及力学性能与一般隧道有显著的区别,施工中稍有不慎将发生塌方事故。该文结合重庆南山隧道出口端浅埋偏压段工程实际及现场监测数据,利用ANSYS建立浅埋偏压隧道二维有限元模型及施工监测数据对各工况围岩位移、应力场及锚杆轴力进行对比分析,研究了其施工力学特性。结果表明:两洞开挖顺序不同,最终位移和应力量值存在较大差异,通过增加深埋侧隧道锚杆长度,有效地改善了围岩的受力特性,提高了隧道施工的安全性。分析结果可为不同环境隧道施工选择合理开挖方案提供参考,具有重要意义。     

浅埋偏压洞口段隧道地震响应振动台模型试验研究

 首先对试验装置、模型相似比、相似材料、试验模型箱和测试技术等进行介绍,然后通过围岩与隧道结构的加速度响应、地层变形及内力分布规律等对振动台模型试验及数值计算结果进行分析和比较。分析结果表明：振动台模型试验和数值模拟结果有较好的吻合性;加速度随着高程的增加有明显的放大效应,偏压隧道地表临空坡面导致放大效应明显增加;地层随高程产生呈抛物线分布的相对位移值,相对位移值大小与围岩类型有关;隧道结构对地层有明显的追随性和依赖性;隧道衬砌横截面共轭45°方向为较大内力值分布部位,无偏压隧道结构横截面内力呈反对称分布,偏压隧道有较不利的内力值分布与较大峰值等。以上成果对于合理认识浅埋偏压隧道的地震响应特征具有重要意义,并对隧道实际工程设计和施工的抗震设防提供宝贵的基础资料。     

浅埋偏压小净距黄土隧道初支拱架选型

黄土隧道设计中初期支护拱架的选型问题是目前争论的焦点问题之一.以格栅和型钢两种类型的支护结构为研究对象,采用数值模拟的方式,重点分析了浅埋偏压小净距黄土隧道洞周特征点土体位移,并结合两种支护结构下围岩塑性区大小和支护结构内力,得出格栅支护时的特征点土体位移略大于型钢支护,实测值也证实了该结论的可靠性;而支护结构内力则相反,且两种支护结构下的围岩塑性区相差不大,因此建议在浅埋偏压小净距黄土隧道初期支护设计中宜采用格栅支护措施.     

上覆地表车载作用下群洞隧道动力响应研究

依托浅埋四孔小净距隧道工程实践,基于行车动载理论,建立了三维弹性半空间隧道振动分析模型,分析车速和载重等10种激励作用下隧道竖向位移及应力响应规律。结果表明,在不同激励力作用下中隔带路面沉降最大,影响范围至隧道拱腰 拱脚位置,呈倒槽型分布,且4条隧道均在拱顶出现位移峰值,峰值随载重大致呈线性关系,车行及人行隧道位移曲线近似呈镜面对称的“漏斗型”曲线和渐变曲线。隧道最大主应力峰值主要分布于左、右拱肩,主应力峰值随载重大致呈线性关系。车行及人行隧道主应力近似呈镜面对称的不规则“双峰型”曲线和渐变曲线。公路下穿段范围隧道位移及主应力变化速率较大,但车速对隧道竖向位移及主应力影响并不明显,载重是关键影响因素。结合分析结果,给出了监控加密部位、交通管制及加固措施等建议。     

逐级加载下浅埋软岩隧道动力破坏振动台试验

浅埋隧道围岩的质量普遍较低,整体稳定性差,隧道震害表明强震作用下浅埋隧道极易发生震动破坏。通过开展V级围岩条件下浅埋隧道在小震下的震动响应和逐级加载下的震动垮塌振动台试验,研究了小震作用下围岩加速度沿地层的分布、衬砌结构的内力变化和围岩内部的水平位移变化规律,强震作用下衬砌结构裂缝开展和围岩震动垮塌。结果表明:围岩加速度随距地表距离的减小而增加,地表加速度约为拱顶处加速度的1.63倍,相同高度平面内靠近隧道的围岩振动具有一定的加强;隧道拱顶围岩内部的水平位移大约是拱腰围岩内部的1.23倍,围岩内部位移随着远离隧道而逐渐减小,随着震动烈度的增加而不断增加;隧道拱顶上方垮塌区形状近似漏斗,震动引起隧道衬砌结构拱脚处的轴力和弯矩变化最大,且拱肩和拱脚处裂缝分布最多,应加强拱肩和拱脚处结构的抗震性能。     

桩板墙地震动力特性的大型振动台模型试验研究

 通过1个比尺1∶8的二级支护边坡大型振动台模型试验,研究地震条件下桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,模型试验以汶川波、大瑞人工波和Kobe波3种地震波作为振动台激振波,汶川波采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种激振方式,大瑞人工波和Kobe波采用水平竖直(XZ)双向1种激振方式,研究地震波作用方向和方式以及地震波形等地震动参数对桩板式挡墙地震动力响应特性的影响规律。研究表明：桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,主要受水平向地震波作用的影响,且与地震波类型、激振方向和方式以及测点位置有关。加速度动力响应峰值呈现出沿墙高非线性增大的特征,因而在采用拟静力法时,有必要在考虑支挡结构组合方式、边坡特性及地震波作用方式等影响的基础上,采用合适的地震荷载拟静力值的放大系数。动位移响应峰值和永久位移值呈现出非线性响应特性,水平竖直(XZ)双向地震波激振下,桩板墙主要产生离开土体向边坡外侧平移的动位移模式。动土压力响应峰值沿墙高呈现出两头小中间大的非线性分布特征。     

浅埋交叉隧道地震动力响应及减震措施研究

运用ADINA软件中的Newmark直接积分法和Mohr－Coulomb弹塑性模型,计算了交叉隧道运行期,在不同地震动波和不同方向地震激励作用下,隧道顶部不同覆土厚度时动力响应规律;分析了衬砌厚度变化对隧道地震反应的影响。计算结果表明:垂直于隧道轴线方向的地震波对隧道结构影响最大,对于立体交叉隧道最大位移、最大加速度一般发生在上部隧道顶板中间位置处,而最大主压应力一般出现在隧道顶板与边墙连接处,这些部位是结构安全的关键点,设计时应重点关注;随着隧道顶部覆土厚度的增加结构相对位移、加速度和应力都有所增加,且位移和应力变化比加速度大,当覆土厚度增加到一定程度时,响应将基本趋于稳定;随着衬砌厚度的增加结构最大相对位移和应力逐渐减小,而加速度将逐渐增大,但减小和增大幅值随衬砌厚度增加而越来越小。     

SH波作用下山岭隧道洞口段结构动力响应研究

 基于弹性波动理论,将山岭隧道洞口段简化为单面边坡模型,考虑波在洞口边坡的反射效应,推导垂直入射SH波作用下隧道轴线上的位移场分布,并将隧道简化为三维薄壁壳结构,以得到在该位移场作用下隧道结构的动力响应。针对上述分析结果开展山岭隧道洞口段振动台模型试验,以验证理论模型的合理性,并综合分析得到如下结论：将隧道结构动力响应看作横截面与纵向响应的叠加,隧道结构横截面发生剪切变形,两侧拱肩与拱脚为抗震的薄弱环节,变形效应沿轴向缓慢增加,此响应为平行隧道结构横截面传播的SH波作用所致;隧道结构纵向发生水平剪切变形,变形效应沿隧道轴向逐渐减弱,洞口处产生较大刚性位移,在施工缝存在的情况下,隧道结构在洞口附近易沿施工缝产生错台现象,此响应为沿轴向传播的SH波所致。此规律表明,隧道结构的纵向抗震设计同样值得关注。     

黄土隧道浅埋偏压洞口段套拱结构受力监测与分析

为了解黄土隧道浅埋偏压洞口段套拱结构的受力状况,对刘家坪2号隧道洞口段套拱基底应力、钢架应力、混凝土应力及拱顶下沉进行施工监测,并对监测结果进行分析。结果表明:浅埋偏压情况下,套拱两侧基底应力分布不均匀,拱顶填土引起基底应力急剧增长,仰拱施作后基底应力趋于稳定;套拱钢架受力复杂,有拉有压,且值很大,仰拱开挖引起钢架应力急剧增长,钢架在套拱支护结构中发挥了强大的支护作用;冬、夏季温差引起套拱混凝土应力随时间(季节)的变化呈现拉、压交替变化,夏季出现最大压应力,冬季出现最大拉应力,且压应力较小,拉应力较大,多处测点都超过了C25模筑混凝土设计轴心抗拉强度;套拱拱顶下沉主要由洞顶填土施工和仰拱开挖引起。     

浅埋黄土隧道衬砌结构受力分析

通过对三十里铺隧道的现场测试,研究浅埋黄土隧道一衬和围岩接触应力、锚杆轴力、喷射混凝土表面应变、二衬中钢筋应力和浇注混凝土应变随时间变化规律及分布特征。结果表明,围岩释放应力最大值在7～10 d,位置在拱腰处;锚杆轴力稳定时间为30 d左右,且在空间上出现压应力区;喷射混凝土表面应变较大且常出现跳跃性变化;二衬钢筋应力初期为拉应力;边墙处的稳定时间为6～8 d后,拱顶处30 d后仍然递减;二衬混凝土应变由初期的拉应变向压应变变化。隧道衬砌的受力分析结果为支护系统的优化提供依据,对同类工程的设计提供借鉴。     

浅埋黄土隧道衬砌结构受力分析

 通过对三十里铺隧道的现场测试,研究浅埋黄土隧道一衬和围岩接触应力、锚杆轴力、喷射混凝土表面应变、二衬中钢筋应力和浇注混凝土应变随时间变化规律及分布特征。结果表明,围岩释放应力最大值在7～10 d,位置在拱腰处;锚杆轴力稳定时间为30 d左右,且在空间上出现压应力区;喷射混凝土表面应变较大且常出现跳跃性变化;二衬钢筋应力初期为拉应力;边墙处的稳定时间为6～8 d后,拱顶处30 d后仍然递减;二衬混凝土应变由初期的拉应变向压应变变化。隧道衬砌的受力分析结果为支护系统的优化提供依据,对同类工程的设计提供借鉴。